CN104779650A - 一种空间无线供电桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间无线供电桩，所述的空间无线供电桩，包括高频功率电源、移相配电器、支柱、空间无线供电线圈、匹配电容、组网接口。空间无供电线圈由空间相互垂直的三个线圈构成，与陶瓷匹配电容构成高频谐振回路，采用磁耦合谐振的方式对分布在三维空间里的负荷进行无线供电。通过移相配电器调制通入线圈电流的相序，可以对空间各个卦限实现定向供电。对于较大空间，为保证供电质量，可以通过组网接口将多个无线供电桩组网，进行分区供电。

Description

一种空间无线供电桩

技术领域

本发明专利涉及一种空间无线供电桩。

背景技术

无线电能传输，提供了一种方便、安全的供电方式，已经在医疗、工业、电器等领域取得广泛应用，特别是在电动汽车无线充电方面，已经将无线供电提升到相对较大功率和较远距离的层次。对于分布在智能电网中的各类监控与测量用的传感器，对其更换电池维护，耗费人力财力；而对于用户住所，墙壁内的布线以及电器设备的尾线等也时常会引起生活的不便，甚至威胁到人身安全。因此，对一个空间区域，比如房间或者小区进行无线供电，可以让用电更加安全和便捷。目前，对于无线电能传输方面的研究多数停留在单维度，点对点的方面，实现三维空间的任意区域的无线供电可以扩展无线电能传输的应用范畴。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种空间无线供电桩，实现三维空间的任意区域的无线供电。

技术方案：一种空间无线供电桩，包括高频功率电源、移相配电器、空间无线供电线圈以及三组匹配电容；其中，所述空间无线供电线圈包括结构相同的三个线圈，所述三个线圈两两互相垂直，三个线圈的圆心重合设置；所述高频功率电源用于输出三路高频交流电到所述移相配电器；所述移相配电器用于对所述三路高频交流电进行相序调制后输出三路高频交流电到所述空间无线供电线圈；所述空间无线供电线圈中的三个线圈分别串联一组匹配电容后对应连接所述移相配电器输出的一路高频交流电，所述每个线圈与连接的匹配电容构成串联谐振，其谐振频率与所述高频功率电源输出的高频交流电频率一致；其中，所述移相配电器输出的三路高频交流电的相序满足如下三个要求之一：

(1)三路相序相同，或其中两路相序相同，另一路相差T/2相序；

(2)两两相差T/4相序，或其中两路相序相同，另一路相差T/4相序；

(3)两两相差T/8相序。

进一步的，所述的空间无线供电桩还包括组网接口，所述组网接口用于连接上层供电调度机构。

有益效果：本发明的一种空间无线供电桩，用于三维空间的无线供电。构造了实现三维空间电能无线传输的线圈结构，串入匹配电容，并接入高频电流，使用磁耦合谐振的无线电能传输技术对空间分布的负荷供电。通过调节移相配电器输出电流的相序，可以实现三维空间各个卦限的定向供电。通过组网接口，可以扩大供电桩的供电范围，实现多台无线供电桩的联合供电，根据需要，对每台供电桩的供电区域进行控制。

附图说明

图1为本发明空间无线供电桩的结构示意图；

图2为空间无线供电线圈将三维空间分出的8个卦限与4组空间区域；

图3为移相配电器输出电流相序与一个磁场增益卦限的关系；

图4为移相配电器输出电流相序与两个磁场增益卦限的关系；

图5为移相配电器输出电流相序与三个磁场增益卦限的关系；

图6为本发明空间无线供电桩的组网示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种空间无线供电桩，包括高频功率电源1、移相配电器2、支柱3、空间无线供电线圈5、三组陶瓷匹配电容4以及组网接口6。其中，空间无线供电线圈包括结构相同的三个线圈，三个线圈两两互相垂直，且三个线圈的圆心重合设置。高频功率电源1使用移相全桥零电压开关PWM电路，将市电接入后进行高频逆变，输出200kHz以上且频率可调的三路高频交流电到移相配电器，并通过调节全桥零电压开关PWM电路的驱动脉冲的相差来实现输出功率的调节。移相配电器2根据需要分配电能的空间区域，对三路高频交流电进行相序调制，输出三路高频交流电到所述空间无线供电线圈，进行三维空间的分区域定向供电。其中，移相配电器输出的三路高频交流电的相序满足如下三个要求之一：

(1)三路相序相同，或其中两路相序相同，另一路相差T/2相序；

(2)两两相差T/4相序，或其中两路相序相同，另一路相差T/4相序；

(3)两两相差T/8相序。

空间无线供电线圈中的三个线圈分别串联一组陶瓷匹配电容4后对应连接移相配电器输出的一路高频交流电，每个线圈与连接的匹配电容4构成串联谐振，其谐振频率与高频功率电源1输出的高频交流电频率一致。支柱3使用塑料材质，用于支撑和固定空间无线供电线圈5。

如图2所示，空间无线供电线圈5由三个相互垂直的线圈构成，将三维空间分为Ⅰ～Ⅷ八个卦限，并且由Ⅰ-Ⅶ、Ⅱ-Ⅷ、Ⅲ-Ⅴ、Ⅳ-Ⅵ相对的卦限构成四组空间区域α、β、γ、δ，其中每组的两个卦限磁场环境相同。其中，每个线圈采用0.2mm～2mm的铜线紧密绕成空心螺线柱状，线圈直径20cm以上，匝数为10～20。其中，线圈的线径大小需满足电流长期安全通过，线圈直径根据供电空间大小配置，并通过匝数进行电感量配置。

如图3所示，当调制移相配电器2输出三路高频交流电的相序为同相，或者其中一路与另外两路反相，即相差为T/2时，可以对8卦限，即4组空间区域中的任意一组进行无线供电，图中分别显示了电流相序对应的α、β、γ、δ区域磁场增益。

如图4所示，当调制移相配电器2输出三路高频交流电两两存在T/4相差，或其中两路相序相同，另一路相差T/4相序，可以对4组空间区域中任意两组进行无线供电，图中分别显示了电流相序对应αβ、αγ、αδ、βγ区域磁场增益，βδ、γδ组合省略。

如图5所示，当调制移相配电器2输出三路高频交流电两两存在T/8相差时，可以对4组空间区域中任意三组进行无线供电，图中分别显示了电流相序对应αγδ、αβγ区域磁场增益，αβδ、βγδ组合省略。从图中可以看出α区域的磁场增益效果比另外两区要强，而改变相序可以分别让β、γ、δ成为电磁强区。

综上所述，采用电流移相调制进行空间定向供电，可以对三维空间8个卦限，即4组空间区域中任意1组、2组、3组供电。并且，在同时对空间6个卦限，即3组空间区域供电时，存在2个卦限的电磁强区，可以在此区域集中更多用电负荷；而空间8卦限中剩下的2个卦限为电磁弱区，可以在此区域放置电磁抗干扰较弱设备，或者提供人体长时间居住空间。

如图6所示，对较大空间区域分布的负荷，通过组网接口6，将多台空间无线供电桩进行组网，根据上层调度信息，进行单台空间无线供电桩的投切以及每台供电桩的供电区域控制。通过组网接口，不仅可以进行单台空间无线供电桩的投切，而且可以对每台供电桩的供电区域控制，实现大范围、高效、定向的三维空间无线供电。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种空间无线供电桩，其特征在于：包括高频功率电源、移相配电器、空间无线供电线圈以及三组匹配电容；其中，所述空间无线供电线圈包括结构相同的三个线圈，所述三个线圈两两互相垂直，三个线圈的圆心重合设置；所述高频功率电源用于输出三路高频交流电到所述移相配电器；所述移相配电器用于对所述三路高频交流电进行相序调制后输出三路高频交流电到所述空间无线供电线圈；所述空间无线供电线圈中的三个线圈分别串联一组匹配电容后对应连接所述移相配电器输出的一路高频交流电，所述每个线圈与连接的匹配电容构成串联谐振，其谐振频率与所述高频功率电源输出的高频交流电频率一致；其中，所述移相配电器输出的三路高频交流电的相序满足如下三个要求之一：

(1)三路相序相同，或其中两路相序相同，另一路相差T/2相序；

(2)两两相差T/4相序，或其中两路相序相同，另一路相差T/4相序；

(3)两两相差T/8相序。

2.根据权利要求1所述的一种空间无线供电桩，其特征在于：所述的空间无线供电桩还包括组网接口，所述组网接口用于连接上层供电调度机构。